石墨烯半导体复合材料在多个领域具有广泛的应用前景，氧化石墨烯是最为常用的石墨烯前驱体。除了作为前驱体之外，GO表面丰富的官能团也为半导体纳米粒子的生长过程的控制提供了新的途径。在这一途径中，氧化石墨烯的碳平面具有疏水性加上亲水的氧化官能团，可以视为一个两亲的大分子表面活性剂，从而具有调控形貌的作用。
基于此设想，泉州师范学院潘晓阳教授课题组发展了一种简单的原位还原法，利用氧化石墨烯、硝酸锌为主要原料，在常温常压条件下，制备得到了多级ZnO-RGO复合材料。该复合材料由ZnO多级结构和RGO片状结构复合组成，并且通过简单调节前驱体GO的质量分数，能够有效调节ZnO多级结构的二级分支结构。相应的，ZnO的光催化性能也得以有效提升。相关工作以“Hierarchical ZnO Nanosheet-Reduced Graphene Oxide Composites for Photocatalytic Ethylene Oxidation”的文章（DOI：10.1021/acsanm.1c03387）为题，发表在《ACS Applied Nano Material》。并被选为当期的Supplementary Cover。
I . ZnO-RGO复合材料的制备与表征
图 1. ZnO-RGO复合材料制备流程图
在多数的ZnO-RGO复合材料制备方法中，通常需要多步、较高温度或压力以实现氧化石墨烯的还原和ZnO纳米结构的晶化。在本研究中，氧化石墨烯、硝酸锌、氢氧化钠以及柠檬酸钠通过一步混合的简单方式（图1），在室温常压搅拌的过程中，氧化石墨烯被还原并附着在氧化锌多级结构的表面，形成ZnO-RGO复合材料（图2）。随着GO添加量的提高，氧化锌多级结构中的二级分支结构不断的生长，从而形成了一个更为复杂的多级纳米结构（图2）。
图 2. GO的TEM图（a）；SEM电镜图：ZnO（b）；ZnO-RGO-1%（c）；ZnO-RGO-2%（d）；ZnO-RGO-5%（e）；ZnO-RGO-10%（f）
II . 形貌演变机理研究
图 3. ZnO-RGO-2% 样品的形貌随反应时间的演变图:5 分钟 (a-b), 10分钟(c-d), 30分钟(e-f), 和60分钟 (g-h)。
采用时间分辨的方式，他们研究了不同反应时间下的ZnO-RGO的形貌。发现，在最初的条件下，氧化锌是以纳米颗粒的形式存在，随着反应时间的延长，颗粒逐渐消失。片状的氧化锌结构逐步出现，并形成多级结构。通过柠檬酸钠添加量的控制，他们发现柠檬酸钠对于多级结构的形成具有重要作用。并且结合之前的文献研究，他们将这一形貌演变过程归结为溶解-再结晶路径。
II . 光催化性能研究
图4. （a）ZnO-RGO复合材料光催化氧化C2H4性能； （b）ZnO-RGO-2% 光催化氧化流动相C2H4性能
氧化锌材料在光催化反应中通常具有较高的活性，但是由于其本身化学性质不稳定，通常也会存在催化剂稳定性下降的问题。在本研究中，ZnO-RGO复合材料被用于气相催化乙烯降解的反应中，结果表明RGO的引入可以显著提高ZnO的反应活性，并且材料具有较好的稳定性。在流动相实验中，可以稳定运行180分钟而不出现明显的失活。此外，对于乙烯的矿化率也达到了~100%。
作者简介
论文第一作者为泉州师范学院的黄绵丽博士，论文通讯作者为湖北大学的陈绪兴博士和泉州师范学院的潘晓阳教授。泉州师范学院为论文第一完成单位，该研究得到国家自然科学基金、福建省自然科学基金和桐江学者奖励计划的资助支持。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.1c03387?fig=fig1&ref=pdf
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